机电一体化毕业设计（论文）-箱体类零件（数控加工中心） .doc

南京市职工大学南 京 市 职 工 大 学毕 业 设 计 （论 文）报告 课题名称箱体类零件（数控加工中心） 学生姓名： 学 号专 业：机电一体化班 级：07 机 电指导教师： 起迄日期 2009 年 9 月19 日 至 2009 年1月5日目 录第一章 绪论1.1箱体类零件1.2对主轴箱体，精基准选择具有两种可行方案1.3箱体类零件的功能及结构特点1.4箱体类零件的主要技术要求、材料和毛坯1.5箱体的材料与毛料第二章2.1 cad/cam软件应用2.1 .1 cad/cam软件分类2.2 cad/cam的发展趋势2.2.1哈廷vmc1250p3加工中心的程序编制与对刀2.2.2加工中心的选型第三章3.1数控机床加工程序编制基础3.1.1数控程序编制的概念3.1.2数控程序编制的内容几步骤3.2数控程序编制的方法3.2.1程序段格式3.2.2数控机床的坐标系3.2.3数控加工工艺设计3.2.4数控加工工艺的主要内容3.3数控加工工艺性分析3.3.1数控加工工艺路线的设计3.3.2数控加工工艺与普通工序的衔接3.3.3数控加工工艺设计方法第四章4.1数控加工中心的工艺装备（刀具）4.2夹具4.3刀具4.4数控铣削的工艺性分析第五章5.1数控加工箱体类零件的夹具选用5.2夹具选用原则5.3常用夹具的种类5.4 选用平口钳应遵循以下几个原则 第六章 总结与展望 6.1. 总体情况 6.2. 前景展望 致 谢箱体类零件在箱体类零件各加工表面中，通常平面的加工精度比较容易保证，而精度要求较高的支承孔的加工精度以及孔与孔之间、孔与平面之间的相互位置精度则较难保证。所以，在制订箱体类零件加工工艺过程时，应将如何保证孔的精度作为重点来考虑。1. 精基准的选择 精基准的选择对保证箱体类零件的技术要求十分重要。在选择精基准时，首先要遵循“基准统一”原则，即使具有相互位置精度要求的加工表面的大部分工序，尽可能用同一组基准定位。这样就可避免因基准转换带来的误差，有利于保证箱体类零件各主要表面间的相互位置精度。对主轴箱体，精基准选择具有两种可行方案：（1）中小批生产时，以箱体底面作为统一基准。由于底面具有装配基面，这样就实现了定位基准、装配基准与设计基准重合，消除了基准不重合误差。在加工各支承孔时，由于箱口朝上，观察和测量以及安装和调整刀具也较方便。但是在镗削箱体中间壁上的孔时，为了增加镗杆刚度，需要在中间安置导向支承。以工件底面作为定位基准面的镗模，中间支承只能采用悬挂的方式。这种悬挂天夹具座体上的导向支承架不仅刚度差、安装误差大，而且装卸也不方便，故不适用中小批生产。（2）大批大量生产时，采用箱体顶面及两定位销孔作为统一基准。由于加工时箱体口朝下，中间导向支承架可以紧固在夹具座体上，所以这样的夹具优点是没有悬挂所带来的问题，适合于大批生产。但由于箱体顶面不是装配基面，故定位基面与装配基面（设计基准）不重合，增加了定位误差。为了保证图纸规定的精度要求，需进行工艺尺寸换算。此外，由于箱体顶面开口朝下，不便于观察加工情况和及时发现毛坯缺陷，加工中也不便于测量孔径及调整刀具，因此需采用定径尺寸镗刀来获得孔的尺寸与精度。2.粗基准的选择 加工精基准时定位用的粗基准，应能保证重要加工表面（主轴支承孔）的加工余量均匀；应保证装入箱体中的轴、齿轮等零件与箱体内壁各表面间有足够的间隙；应保证加工后的外平面与不加工的内壁之间壁厚均匀以及定位、夹紧牢固可靠。为此，通常选择主轴孔和与主轴孔相距较远的一个轴孔作为粗基准。若铸造时各轴孔和内腔泥芯是整体的，且毛坯精度较高，则以上各项要求一般均可满足。粗基准定位方式与生产类型有关。生产批量较大时采用专用夹具，生产率高，3.工艺过程的拟订(1) 箱体的时效处理 为了消除铸造内应力，防止加工后的变形，使加工精度保持长期稳定，要进行时效处理。自然时效比人工时效了，目前仍用于精密机床铸件，一般都在毛坯铸造后立即时效。而粗加工之后，精加工之前应有一段存放时间，以消除加工内应力。对于精密机床的主轴箱体，应为粗加工后甚至半精加工之后再安排一次时效处理。人工时效处理的工艺规范为加热到530560，保温68h，冷却速度300/h，出炉温度200。(2) 箱体加工工艺的原则 拟订箱体类零件工艺过程时一般应遵循以下原则： “先面后孔”的原则。先加工平面，后加工孔，是箱体零件加工的一般规律。这是因为作为精基面的平面在最初的工序中应该首先加工出来。而且，平面加工出来以后，由于切除了毛坯表面的凸凹不平和表面夹砂等缺陷，使平面上的支承孔的加工更方便，钻孔时可减少钻头的偏斜，扩孔和铰孔时可防止刀具崩刃。有些精度要求较低的螺钉孔，可根据加工的方便及工序时间的平衡，安排其工序的次序。但对于保证箱体部件装配关系的螺钉孔、销孔以及与轴承孔相交的润滑油孔，则必须在轴孔精加工后钻铰。前者是因为要以轴孔为定位基准，而后者会影响轴孔精细镗时的加工质量。 “粗精分开，先粗后精”的原则。由于箱体结构复杂，主要表面的精度要求高，为减少或消除粗加工时产生的切削力、夹紧力和切削热对加工精度的影响，一般应尽可能把粗精加工分开，并分别在不同机床上进行。至于要求不高的平面，则可将粗精两次走刀安排在一个工序内完成，以缩短工艺过程，提高工效。(3) 主要表面加工方法的选择 箱体的主要加工表面为平面和轴承支孔。箱体平面的粗加工和半精加工，主要采用刨削和铣削，也可采用车削。铣削的生产率一般比刨削高，在成批和大量生产中，多采用铣削。当生产批量较大时，还可以采用各种专用的组合铣床对箱体各平面进行多刀、多面的同时铣削；对于尺寸较大的箱体；也可以在龙门铣床上进行组合铣削，以便有效地提高箱体平面加工的生产效率。箱体平面的精加工，在单件小批生产时，除一些高精度的箱体仍需手工刮研以外，一般多以精刨代刮；当生产批量大而精度要求又高时，多采用磨削。为了提高生产效率和平面间的相互位置精度，还可采用专用磨床进行组合磨削。箱体类零件的功用及结构特点箱体类是机器或部件的基础零件，它将机器或部件中的轴、套、齿轮等有关零件组装成一个整体，使它们之间保持正确的相互位置，并按照一定的传动关系协调地传递运动或动力。因此，箱体的加工质量将直接影响机器或部件的精度、性能和寿命。常见的箱体类零件有：机床主轴箱、机床进给箱、变速箱体、减速箱体、发动机缸体和机座等。根据箱体零件的结构形式不同，可分为整体式箱体，如图 81a、b、d所示和分离式箱体，如图81c所示两大类。前者是整体铸造、整体加工，加工较困难，但装配精度高；后者可分别制造，便于加工和装配，但增加了装配工作量。箱体的结构形式虽然多种多样，但仍有共同的主要特点：形状复杂、壁薄且不均匀，内部呈腔形，加工部位多，加工难度大，既有精度要求较高的孔系和平面，也有许多精度要求较低的紧固孔。因此，一般中型机床制造厂用于箱体类零件的机械加工劳动量约占整个产品加工量的15%20%。二、箱体类零件的主要技术要求、材料和毛坯（一）箱体零件的主要技术要求箱体类零件中以机床主轴箱的精度要求最高。以某车床主轴箱，如图82所示为例，箱体零件的技术要求主要可归纳如下：1.主要平面的形状精度和表面粗糙度箱体的主要平面是装配基准，并且往往是加工时的定位基准，所以，应有较高的平面度和较小的表面粗糙度值，否则，直接影响箱体加工时的定位精度，影响箱体与机座总装时的接触刚度和相互位置精度。一般箱体主要平面的平面度在0.10.03mm，表面粗糙度ra2.50.63m，各主要平面对装配基准面垂直度为0.1/300。2.孔的尺寸精度、几何形状精度和表面粗糙度箱体上的轴承支承孔本身的尺寸精度、形状精度和表面粗糙度都要求较高，否则，将影响轴承与箱体孔的配合精度，使轴的回转精度下降，也易使传动件（如齿轮）产生振动和噪声。一般机床主轴箱的主轴支承孔的尺寸精度为it6，圆度、圆柱度公差不超过孔径公差的一半，表面粗糙度值为ra0.630.32m。其余支承孔尺寸精度为it7it6，表面粗糙度值为ra2.50.63m。3.主要孔和平面相互位置精度同一轴线的孔应有一定的同轴度要求，各支承孔之间也应有一定的孔距尺寸精度及平行度要求，否则，不仅装配有困难，而且使轴的运转情况恶化，温度升高，轴承磨损加剧，齿轮啮合精度下降，引起振动和噪声，影响齿轮寿命。支承孔之间的孔距公差为0.120.05mm，平行度公差应小于孔距公差，一般在全长取0.10.04mm。同一轴线上孔的同轴度公差一般为0.040.01mm。支承孔与主要平面的平行度公差为0.10.05mm。主要平面间及主要平面对支承孔之间垂直度公差为0.10.04mm。(二）箱体的材料及毛坯箱体材料一般选用ht200400的各种牌号的灰铸铁，而最常用的为ht200。灰铸铁不仅成本低，而且具有较好的耐磨性、可铸性、可切削性和阻尼特性。在单件生产或某些简易机床的箱体，为了缩短生产周期和降低成本，可采用钢材焊接结构。此外，精度要求较高的坐标镗床主轴箱则选用耐磨铸铁。负荷大的主轴箱也可采用铸钢件。毛坯的加工余量与生产批量、毛坯尺寸、结构、精度和铸造方法等因素有关。有关数据可查有关资料及根据具体情况决定。毛坯铸造时，应防止砂眼和气孔的产生。为了减少毛坯制造时产生残余应力，应使箱体壁厚尽量均匀，箱体浇铸后应安排时效或退火工序。cad/cam软件应用cad/cam（计算机辅助设计及制造）与pdm（产品数据管理）构成了一个现代制造型企业计算机应用的主干。对于制造行业，设计、制造水平和产品的质量、成本及生产周期息息相关。人工设计、单件生产这种传统的设计与制造方式已无法适应工业发展的要求。采用cad/cam的技术已成为整个制造行业当前和将来技术发展的重点。 cad技术的首要任务是为产品设计和生产对象提供方便、高效的数字化表示和表现（digital representation and presentation）的工具。数字化表示是指用数字形式为计算机所创建的设计对象生成内部描述，象二维图、三维线框、曲面、实体和特征模型；而数字化表现是指在计算机屏幕上生成真实感图形、创建虚拟现实环境进行漫游、多通道人机交互、多媒体技术等。cad的概念不仅仅是体现在辅助制图（图形实现）方面,它更主要地起到了设计助手的作用，帮助广大工程技术人员从繁杂的查手册、计算中解脱出来。极大地提高了设计效率和准确性，从而缩短产品开发周期、提高产品质量、降低生产成本，增强行业竞争能力。 cam与cad密不可分，甚至比cad应用得更为广泛。几乎每一个现代制造企业都离不开大量的数控设备。随着对产品质量要求的不断提高，要高效地制造高精度的产品，cam技术不可或缺。设计系统只有配合数控加工才能充分显示其巨大的优越性。另一方面，数控技术只有依靠设计系统产生的模型才能发挥其效率。所以，在实际应用中，二者很自然地紧密结合起来，形成cad/cam系统，在这个系统中设计和制造的各个阶段可利用公共数据库中的数据，即通过公共数据库将设计和制造过程紧密地联系为一个整体。数控自动编程系统利用设计的结果和产生的模型，形成数控加工机床所需的信息。cad/cam大大缩短了产品的制造周期，显著地提高产品质量，产生了巨大的经济效益。 cad/cam技术已经是一个相当成熟的技术。波音777新一代大型客机以4年半的周期研制成功，采用的新结构、新发动机、新的电传操纵等都是一步到位，立刻投入批量生产。飞机出厂后直接交付客户使用，故障返修率几乎为零。媒介宣传中称之为无纸设计，而波音公司本身认为，这主要应归功于cad/cam设计制造一体化。 cad/cam软件分类cad/cam技术经过几十年的发展，先后走过大型机、小型机、工作站、微机时代，每个时代都有当时流行的cad/cam软件。现在，工作站和微机平台cad/cam软件已经占据主导地位，并且出现了一批比较优秀、比较流行的商品化软件。1、高档cad/cam软件高档cam软件的代表有unigraphics、i-deas /pro/engineer、catia等。这类软件的特点是优越的参数化设计、变量化设计及特征造型技术与传统的实体和曲面造型功能结合在一起，加工方式完备，计算准确，实用性强，可以从简单的2轴加工到以5轴联动方式来加工极为复杂的工件表面，并可以对数控加工过程进行自动控制和优化，同时提供了二次开发工具允许用户扩展ug的功能。是航空、汽车、造船行业的首选cad/cam软件。2、中档cad/cam软件cimatron是中档cad/cam软件的代表。这类软件实用性强，提供了比较灵活的用户界面，优良的三维造型、工程绘图，全面的数控加工，各种通用、专用数据接口以及集成化的产品数据管理。3、相对独立的cam软件相对独立的cam系统有mastercam、surfcam等。这类软件主要通过中性文件从其它cad系统获取产品几何模型。系统主要有交互工艺参数输入模块、刀具轨迹生成模块、刀具轨迹编辑模块、三维加工动态仿真模块和后置处理模块。主要应用在中小企业的模具行业。 4、国内cad/cam软件国内cad/cam软件的代表有caxa-me、金银花系统等。这类软件是面向机械制造业自主开发的中文界面、三维复杂形面cad/cam软件，具备机械产品设计、工艺规划设计和数控加工程序自动生成等功能。这些软件价格便宜，主要面向中小企业，符合我国国情和标准，所以受到了广泛的欢迎，赢得了越来越大的市场份额。 cad/cam技术的发展趋势1、集成化集成化是cad/cam技术发展的一个最为显著的趋势。它是指把cad、cae、capp、cam以至ppc（生产计划与控制）等各种功能不同的软件有机地结合起来，用统一的执行控制程序来组织各种信息的提取、交换、共享和处理，保证系统内部信息流的畅通并协调各个系统有效地运行。国内外大量的经验表明，cad系统的效益往往不是从其本身，而是通过cam和ppc系统体现出来；反过来，cam系统如果没有cad系统的支持，花巨资引进的设备往往很难得到有效地利用；ppc系统如果没有cad和cam的支持，既得不到完整、及时和准确的数据作为计划的依据，订出的计划也较难贯彻执行，所谓的生产计划和控制将得不到实际效益。因此，人们着手将cad、cae、capp、cam和ppc等系统有机地、统一地集成在一起，从而消除自动化孤岛，取得最佳的效益。2、网络化21世纪网络将全球化，制造业也将全球化，从获取需求信息，到产品分析设计、选购原辅材料和零部件、进行加工制造，直至营销，整个生产过程也将全球化。cad/cam系统的网络化能使设计人员对产品方案在费用、流动时间和功能上并行处理的并行化产品设计应用系统；能提供产品、进程和整个企业性能仿真、建模和分析技术的拟实制造系统；能开发自动化系统，产生和优化工作计划和车间级控制，支持敏捷制造的制造计划和控制应用系统；对生产过程中物流，能进行管理的物料管理应用系统等。 3、智能化人工智能在cad中的应用主要集中在知识工程的引入，发展专家cad系统。专家系统具有逻辑推理和决策判断能力。它将许多实例和有关专业范围内的经验、准则结合在一起, 给设计者更全面，更可靠的指导。应用这些实例和启发准则，根据设计的目标不断缩小探索的范围，使问题得到解决。哈廷vmc1250p3（加工中心的程序编制与对刀）加工中心(machining center)简称mc，是由机械设备与数控系统组成的适用于加工复杂零件的高效率自动化机床。加工程序的编制，是决定加工质量的重要因素。我们将研究影响加工中心应用效果的编程特点、工艺及工装、机床功能等因素。加工中心所配置的数控系统各有不同，各种数控系统程序编制的内容和格式也不尽相同，但是程序编制方法和使用过程是基本相同的。以下所述内容，均以配置fanuc-0i数控系统的美国哈廷公司vmc1250p3，加工中心为例展开讨论。加工中心是一种工艺范围较广的数控加工机床，能进行铣削、镗削、钻削和螺纹加工等多项工作。加工中心特别适合于箱体类零件和孔系的加工。加工工艺范围1、工艺性分析一般主要考虑以下几个方面：（1）选择加工内容加工中心最适合加工形状复杂、工序较多、要求较高的零件，这类零件常需使用多种类型的通用机床、刀具和夹具，经多次装夹和调整才能完成加工。（2）检查零件图样零件图样应表达正确，标注齐全。同时要特别注意，图样上应尽量采用统一的设计基准，从而简化编程，保证零件的精度要求。（3）分析零件的技术要求根据零件在产品中的功能，分析各项几何精度和技术要求是否合理；考虑在加工中心上加工，能否保证其精度和技术要求；选择哪一种加工中心最为合理。 （4）审查零件的结构工艺性分析零件的结构刚度是否足够,各加工部位的结构工艺性是否合理等。2、工艺过程设计工艺设计时，主要考虑精度和效率两个方面，一般遵循先面后孔、先基准后其它、先粗后精的原则。加工中心在一次装夹中，尽可能完成所有能够加工表面的加工。对位置精度要求较高的孔系加工，要特别注意安排孔的加工顺序，安排不当，就有可能将传动副的反向间隙带入，直接影响位置精度。加工过程中，为了减少换刀次数，可采用刀具集中工序，即用同一把刀具把零件上相应的部位都加工完，再换第二把刀具继续加工。但是，对于精度要求很高的孔系，若零件是通过工作台回转确定相应的加工部位时，因存在重复定位误差，不能采取这种方法。3、零件的装夹图5.7编程原点与定位基准（1）定位基准的选择在加工中心加工时，零件的定位仍应遵循六点定位原则。同时,还应特别注意以下几点：1）进行多工位加工时，定位基准的选择应考虑能完成尽可能多的加工内容，即便于各个表面都能被加工的定位方式。例如，对于箱体零件，尽可能采用一面两销的组合定位方式。2）当零件的定位基准与设计基准难以重合时,应认真分析装配图样，明确该零件设计基准的设计功能，通过尺寸链的计算，严格规定定位基准与设计基准间的尺寸位置精度要求，确保加工精度。3）编程原点与零件定位基准可以不重合，但两者之间必须要有确定的几何关系。编程原点的选择主要考虑便于编程和测量。例如，图5.7中的零件在加工中心上加工80h7孔和4-25h7孔，其中4-25h7都以80h7孔为基准，编程原点应选择在80h7孔的中心线上。当零件定位基准为a、b两面时，定位基准与编程原点不重合，但同样能保证加工精度。（2）夹具的选用在加工中心上,夹具的任务不仅是装夹零件,而且要以定位基准为参考基准，确定零件的加工原点。因此，定位基准要准确可靠。（3）零件的夹紧 在考虑夹紧方案时，应保证夹紧可靠，并尽量减少夹紧变形。 4、刀具的选择加工中心对刀具的基本要求是：1）良好的切削性能：能承受高速切削和强力切削并且性能稳定；2）较高的精度：刀具的精度指刀具的形状精度和刀具与装卡装置的位置精度；3）配备完善的工具系统：满足多刀连续加工的要求。 加工中心所使用刀具的刀头部分与数控铣床所使用的刀具基本相同，加工中心所使用刀具的刀柄部分与一般数控铣床用刀柄部分不同，加工中心用刀柄带有夹持槽供机械手夹持。加工中心编程的特点由于加工中心的加工特点，在编写加工程序前，首先要注意换刀程序的应用。 不同的加工中心，其换刀过程是不完全一样的，通常选刀和换刀可分开进行。换刀完毕启动主轴后，方可进行下面程序段的加工内容。选刀动作可与机床的加工重合起来，即利用切削时间进行选刀。多数加工中心都规定了固定的换刀点位置，各运动部件只有移动到这个位置，才能开始换刀动作。哈廷vmc1250p3加工中心装备有盘形刀库，通过主轴与刀库的相互运动，实现换刀。换刀过程用一个子程序描述，习惯上取程序号为：t1m6：eob，insert加工中心的编程方法与数控铣床的编程方法基本相同，加工坐标系的设置方法也一样。下面将主要介绍加工中心的加工固定循环功能、b类宏程序应用、对刀方法等内容。图5.10 应用举例 加工中心的对刀方法“加工坐标系设定”的内容中，通过对刀方式设置加工坐标系的方法，这一方法也适用于加工中心。由于加工中心具有多把刀具，并能实现自动换刀，因此需要测量所用各把刀具的基本尺寸，并存入数控系统，以便加工中调用，即进行加工中心的对刀。加工中心通常采用机外对刀仪实现对刀。 对刀仪的基本结构，对刀仪平台7上装有刀柄夹持轴2，用于安装被测刀具。通过快速移动单键按钮4和微调旋钮5或6，可调整刀柄夹持轴2在对刀仪平台7上的位置。当光源发射器8发光，将刀具刀刃放大投影到显示屏幕1上时，即可测得刀具在x（径向尺寸）、z（刀柄基准面到刀尖的长度尺寸）方向的尺寸。钻削刀具的对刀操作过程如下：1.将被测刀具与刀柄联接安装为一体；2.将刀柄插入对刀仪上的刀柄夹持轴2，并紧固；3.打开光源发射器8，观察刀刃在显示屏幕1上的投影；4.通过快速移动单键按钮4和微调旋钮5或6，可调整刀刃在显示屏幕1上的投影位置，使刀具的刀尖对准显示屏幕1上的十字线中心。5. 测得x为20，即刀具直径为20mm，该尺寸可用作刀具半径补偿；6.测得z为180.002，即刀具长度尺寸为180.002 mm，该尺寸可用作刀具长度补偿；7.将测得尺寸输入加工中心的刀具补偿页面； 加工中心的选型在企业的技术改造中，为提高竞争力，都把加工中心放在优先选择的地位，都希望用最少的投资获得精度高、功能强、运行可靠的机床。由于加工中心一次性投资大、技术复杂，给用户选型订货造成许多不便；同时价格、功能和精度是一个对立的统一体。因此，用户如何选择适合的机床显得十分重要。机床选型不仅是以机床技术、加工技术为基础的实际综合应用技术，而且是一种受自身经济实力约束的应用技术。加工中心的选型，由于价格远较普通机床昂贵，所以受到的制约因素更多，机床选择合理与否就更显突出。正确选型是用好加工中心、使加工中心发挥效益的关键。 1 选型程序 正确、全面地认识加工中心是选型订货的基础，要对加工中心的性能、特征、类型、主要参数、功能、适用范围、不足等有全面、详尽的了解和掌握。在充分认识的基础上，可按下述程序展开。 （1）正确选择加工对象 在企业生产的众多零件中选择典型加工对象，即零件族选择。加工中心适宜于多品种、小批量生产。批量的形成不仅按零件的几何尺寸和数量来决定，还应考虑工艺的成组性。采用成组技术，可以有效地增加相似零件的加工批量，以接近大批量生产的效率和效益，实现中、小批量的生产。零件族选择的是否合适，对充分发挥投资效益有着十分重要的影响。 （2）制定工艺方案 对确定的零件族的典型零件(主样件)进行工艺分析，制定工艺方案。选择规格、精度、功能符合要求的机床，并考虑企业今后的发展，决定是否需要功能预留。同时，加工中心的加工工时费用高，在考虑工序负荷时，不仅要考虑机床加工的可能性，还要考虑加工的经济性。 2 选型 （1）类型选择 考虑加工工艺、设备的最佳加工对象、范围和价格等因素，根据所选零件族进行选择。如，加工两面以上的工件或在四周呈径向辐射状排列的孔系、面的加工，如各种箱体，应选卧式加工中心；单面加工的工件，如各种板类零件等，宜选立式加工中心；加工复杂曲面时，如导风轮、发动机上的整体叶轮等，可选五轴加工中心；工件的位置精度要求较高，采用卧式加工中心。在一次装夹中需完成多面加工时，可选择五面加工中心；当工件尺寸较大时，如机床床身、立柱等，可选龙门式加工中心。当然上述各点不是绝对的，特别是数控机床正朝着复合化方向发展，最终还是要在工艺要求和资金平衡的条件下做出决定。 （2）参数选择 加工中心最主要的参数为工作台尺寸等，根据确定的零件族的典型零件进行选择。 工作台尺寸 这是加工中心的主参数，主要取决于典型零件的外廓尺寸、装夹方式等。应选比典型零件稍大一些的工作台，以便留出安装夹具所需的空间，还应考虑工作台的承载能力，承载能力不足时应考虑加大工作台尺寸，以提高承载能力。 坐标轴的行程 最基本的坐标轴是x、y、z，其行程和工作台尺寸有相应的比例关系。工作台的尺寸基本上决定了加工空间的大小。如个别工件的尺寸大于机床坐标行程，则必须要求工件的加工区处在机床的行程范围之内。 主轴电动机功率与转矩 它反映了数控机床的切削效率，也从一个侧面反映了机床的刚性。同一规格的不同机床，电动机功率可以相差很大。应根据工件毛坯余量、所要求的切削力、加工精度和刀具等进行综合考虑。 主轴转速与进给速度 需要高速切削或超低速切削时，应关注主轴的转速范围。特别是高速切削时，既要有高的主轴转速，还要具备与主轴转速相匹配的进给速度。 （3）精度选择 机床的精度等级主要根据典型零件关键部位精度来确定。主要是定位精度、重复定位精度、铣圆精度。数控精度通常用定位精度和重复定位精度来衡量，特别是重复定位精度，它反映了坐标轴的定位稳定性，是衡量该轴是否稳定可靠工作的基本指标。特别值得注意的是，选型订货时必须全面分析，不能简单地看产品样本所列的精度数值，因为标准不同、规定数值不同、检测方法不同，数值的涵义就不同。刊物、样本、合格证所列出的单位长度上允许的值(如：0.01/300)常是不明确的，订货时要特别注意，一定要弄清是iso标准、vdi/dgq344182(德国标准)、jis(日本标准)还是nmtba(美国标准)。进而分析各种不同标准所规定的检测计算方法和检测环境条件，才不会产生误解。 铣圆精度是综合评价数控机床有关数控轴的伺服跟随运动特性和数控系统插补功能的主要指标之一。一些大孔和大圆弧可以采用圆弧插补用立铣刀铣削，不论典型工件是否有此需要，为了将来可能的需要及更好地控制精度，必须重视这一指标。 数控精度对加工质量有举足轻重的影响，同时要注意加工精度与机床精度是两个不同的概念。将生产厂样本上或产品合格证上的位置精度当作机床的加工精度是错误的。样本或合格证上标明的位置精度是机床本身的精度，而加工精度是包括机床本身所允许误差在内的整个工艺系统各种因素所产生的误差总和。整个工艺系统的误差，原因是很复杂的，很难用线性关系定量表达。在选型时，可参考工序能力kp的评定方法作为精度的选型依据。一般说来，计算结果应大于1.33。 （4）机床的刚度 刚度直接影响到生产率和加工精度。加工中心的加工速度大大高于普通机床，电动机功率也高于同规格的普通机床，因此其结构设计的刚度也远高于普通机床。刚性是机床质量的一个重要特征，但对选型而言，由用户对所选机床进行刚性评价尚无可借鉴的标准。实际上用户在选型时，综合自己的使用要求，对机床主参数和精度的选择都包含了对机床刚性要求的含义。订货时可按工艺要求、允许的扭矩、功率、轴力和进给力最大值，根据制造商提供的数值进行验算。用于难切削材料加工的机床，应对刚性予以特殊关注。这时为了获得机床的高刚性，往往不局限于零件尺寸，而选用相对零件尺寸大1至2个规格的机床。 （5）数控系统选择 数控功能分为基本功能与选择功能，可以从控制方式、驱动形式、反馈形式、检测与测量、用户功能、操作方式、接口形式和诊断等方面去衡量。基本功能是必然提供的，而选择功能只有当用户选择了这些功能后，厂家才会提供，需另行加价，且定价一般较高。对数控系统的功能一定要根据机床的性能需要来选择，订购时既要把需要的功能订全，不能遗漏，同时避免使用率不高造成浪费，还需注意各功能之间的关联性。在可供选择的数控系统中，性能高低差别很大，价格也可相差数倍。应根据需要选择，不能片面追求高指标，以免造成浪费。多台机床选型时，尽可能选用同一厂家的数控系统，这样操作、编程、维修都比较方便。同时要注意，再好的系统，必须要有机床可靠的零件质量和装配质量支持，才能发挥效能。 （6）坐标轴数和联动轴数 坐标轴数和联动轴数均应满足典型工件加工要求。一般坐标轴的数量也是机床档次的一个标志。一般情况下，同厂家、同规格、同等精度的机床，增加一个标准坐标轴，价格约增加35%左右。尽管增加轴数可强化机床的功能，最终还是要注意工艺要求和资金平衡。 （7）工作台功能选择 卧式加工中心有回转工作台。回转工作台有两种，用于分度的回转工作台和数控回转工作台。用于分度的回转工作台的分度定位间距有一定的限制，而且工作台只起分度与定位作用，在回转过程中不能参与切削。分度角有：0.5times;720、5times;72、3times;120和1times;360等，须根据具体工件的加工要求选择。数控转台能够实现任意分度，作为b轴与其它轴联动控制。立式加工中心也可配置数控分度头。但必须根据实际需要确定，以经济、实用为目的。 （8）自动换刀装置(atc)和刀库容量 atc的工作质量和刀库容量直接影响机床的使用性能、质量及价格。 刀库容量以满足一个复杂加工零件对刀具的需要为原则。应根据典型工件的工艺分析算出加工零件所需的全部刀具数，由此来选择刀库容量。当要求的数量太大时，可适当分解工序，将一个工件分解为两个、三个工序加工，以减小刀库容量。同时要关注最大刀具尺寸、最大刀具重量。 atc的选择主要考虑换刀时间与可靠性。换刀时间短可提高生产率，但换刀时间短，一般换刀装置结构复杂、故障率高、成本高，过分强调换刀时间会使价格大幅度提高并使故障率上升。据统计加工中心的故障中约有50%与atc有关，因此在满足使用要求的前提下，尽量选用可靠性高的atc，以降低故障率和整机成本。 （9）冷却方式 冷却装置形式较多，部分带有全防护罩的加工中心配有大流量的淋浴式冷却装置，有的配有刀具内冷装置(通过主轴的刀具内冷方式或外接刀具内冷方式)，部分加工中心上述多种冷却方式均配置。精度较高、特殊材料或加工余量较大的零件，在加工过程中，必须充分冷却。否则，加工引起的热变形，将影响精度和生产效率。一般应根据工件、刀具及切削参数等实际情况进行选择。 （10）自动交换工作台选择 为了提高机床利用率，可选择交换工作台，以便机床正常工作时，仍可在交换工作台上安装工件。如机床要纳入fmc、fms，则自动交换工作台是必须的，这样便于机床进入自动物流系统。 （11）配备必要的附件、刀具 为了充分发挥机床的作用，在选型订货时，除考虑基本功能和基本备件外，还应选用一些选择功能、选择件及附件，避免因缺少一个几万元钱就能购买的附件而影响机床的正常运行。而且，单独签订合同购买附件的单价大大高于随同主机一起供货的附件单价。慎重选择刀柄和刀具是保证机床正常运行的关键。国外金属切削专家认为“1台价值25万美元的数控机床其效率的发挥在很大程度上取决于1把价值30美元的立铣刀的性能”。可见，配备性能良好的刀具，是降低成本，获得最大综合经济效益的关键措施之一。但刀柄和刀具的需要量大，占设备投资的比例很大，有时甚至超过设备本身的投资。因此，最佳的选择办法还是根据典型工件所需的品种和数量确定，并在使用中陆续添置。 配备刀柄时，要注意机床主轴孔的标准、拉钉标准和机械手夹持部位的标准。许多厂商在样本和说明书中只列出主轴标准，忽略了拉钉、机械手夹持部位的标准，订货时要特别注意。考虑不同机床之间刀具的通用性，在订货时，应尽量减少种类、型式。既可资源共享，降低在刀具方面的投资，也便于管理。机床的构成中，排屑装置、防护装置和对刀仪等均是必须的。同时注意配套性，对一些尽管不是必须选择件，但如果价格不高，对使用带来很多方便，也应尽量选用。不能因为少一个价值很低的附件而使昂贵的机床运行时产生不便。 3 需要注意的问题 （1）注意功能与加工的适应性虽然加工中心可进行钻、铣、镗等多种加工。但是在具体选择时，还应根据需要考虑机床功能是否适应。要注意以下几点： 复杂曲线加工时，要考虑cnc是否有所需要的曲线插补功能，或选择什么方式逼近加工曲线并保证要求的粗糙度。 三维加工时，要考虑选择适合的刀具结构，还要考虑程序编制的能力。有的还必须配备自动编程装置或后置处理编程装置。 需要进行螺纹切削时(非攻丝方式)，不仅要看是否有螺纹切削功能、螺旋线插补功能和主轴转动与进给同步功能，还要考虑机床是否有径向进给装置、是否有主轴在旋转方向上任意角度位置准确定位功能。否则，仅在数控系统中用了螺纹切削功能仍然无法进行螺纹切削。 锥孔加工(非成形加工方式)时，机床要具有三坐标联动功能或刀具要有径向进给功能。 采用金刚铰、浮动镗和挤压加工等特种加工时，既要考虑适宜自动换刀的条件，又要考虑选择合适的刀具结构和切削用量。尽可能在购买主机时一并购置部分易损部件及其它附件。 如果企业有应用dnc、fms、cims的规划，或要进行网络制造，要注意通讯功能，选择具有rs-232c、甚至map(manufacturing automation protocol)网络通讯接口的系统。 （1）技术服务 注意供货商是否具有良好的技术服务能力，如程序编制人员、操作人员、机械和电气维修人员的培训，一定期限的免费保修，长期迅速的维修服务，供货方协助对典型工件做工艺分析，进行加工可行性工艺试验、试切工件以及承担成套技术服务，直至全面投入生产。 （2）机床的可靠性 机床运转的可靠性决定了机床的全部质量。加工中心使用中，故障发生时间远远早于轴承的第一次更换期。数控系统由于某一块插件板故障造成停机数月的现象不少见，一个传感器失效造成机床丧失部分功能也多有发生。在现有条件下，用户选型过程中，可通过对老用户进行走访，多了解机床的一些使用情况。 （3）机床的噪声和造型 绿色制造和清洁生产是现代制造重要的内容之一。对于机床噪声，各国都有明确的标准。目前声音品质也被列为评价机床质量的标准之一。不少机床不但控制噪声等级，而且对杂音控制也提出了要求。即机床运转时，除噪声等级不允许超标外，还不应该有不悦耳杂音产生。不悦耳杂音一般指虽不超出噪声标准规定的等级，但是却可以听到的怪异音响。 机床造型也可以统称为机床的观感质量，机床造型技术是人机工程学在机床行业的实际应用。机床造型对工业安全、人体卫生和生产效率产生着潜在的，但又非常重要的影响。选型时要把机床造型作为一项要求内容。数控机床加工程序编制基础数控机床是一种高效的自动化加工设备，它严格按照加工程序，自动的对被加工工件进行加工。我们把从数控系统外部输入的直接用于加工的程序称为数控加工程序，简称为数控程序，它是机床数控系统的应用软件。与数控系统应用软件相对应的是数控系统内部的系统软件，系统软件是用于数控系统工作控制的，它不在本教程的研究范围内。数控系统的种类繁多，它们使用的数控程序语言规则和格式也不尽相同，以iso国际标准为主来介绍加工程序的编制方法。当针对某一台数控机床编制加工程序时，应该严格按机床编程手册中的规定进行程序编制。1.1 数控程序编制的概念在编制数控加工程序前，应首先了解：数控程序编制的主要工作内容，程序编制的工作步骤，每一步应遵循的工作原则等，最终才能获得满足要求的数控程序（如图1.1所示的程序样本）。图1.1程序样本1.1.1 数控程序编制的定义编制数控加工程序是使用数控机床的一项重要技术工作，理想的数控程序不仅应该保证加工出符合零件图样要求的合格零件，还应该使数控机床的功能得到合理的应用与充分的发挥，使数控机床能安全、可靠、高效的工作。1、数控程序编制的内容及步骤数控编程是指从零件图纸到获得数控加工程序的全部工作过程。如图1.2所示，编程工作主要包括：（1）分析零件图样和制定工艺方案 这项工作的内容包括：对零件图样进行分析，明确加工的内容和要求；确定加工方案；选择适合的数控机床；选择或设计刀具和夹具；确定合理的走刀路线及选择合理的切削用量等。这一工作要求编程人员能够对零件图样的技术特性、几何形状、尺寸及工艺要求进行分析，并结合数控机床使用的基础知识，如数控机床的规格、性能、数控系统的功能等，确定加工方法和加工路线。（2）数学处理 在确定了工艺方案后，就需要根据零件的几何尺寸、加工路线等，计算刀具中心运动轨迹，以获得刀位数据。数控系统一般均具有直线插补与圆弧插补功能，对于加工由圆弧和直线组成的较简单的平面零件，只需要计算出零件轮廓上相邻几何元素交点或切点的坐标值，得出各几何元素的起点、终点、圆弧的圆心坐标值等，就能满足编程要求。当零件的几何形状与控制系统的插补功能不一致时，就需要进行较复杂的数值计算，一般需要使用计算机辅助计算，否则难以完成。（3）编写零件加工程序 在完成上述工艺处理及数值计算工作后，即可编写零件加工程序。程序编制人员使用数控系统的程序指令，按照规定的程序格式，逐段编写加工程序。程序编制人员应对数控机床的功能、程序指令及代码十分熟悉，才能编写出正确的加工程序。（4）程序检验 将编写好的加工程序输入数控系统，就可控制数控机床的加工工作。一般在正式加工之前，要对程序进行检验。通常可采用机床空运转的方式，来检查机床动作和运动轨迹的正确性，以检验程序。在具有图形模拟显示功能的数控机床上，可通过显示走刀轨迹或模拟刀具对工件的切削过程，对程序进行检查。对于形状复杂和要求高的零件，也可采用铝件、塑料或石蜡等易切材料进行试切来检验程序。通过检查试件，不仅可确认程序是否正确，还可知道加工精度是否符合要求。若能采用与被加工零件材料相同的材料进行试切，则更能反映实际加工效果，当发现加工的零件不符合加工技术要求时，可修改程序或采取尺寸补偿等措施。2、数控程序编制的方法 数控加工程序的编制方法主要有两种：手工编制程序和自动编制程序。（1）手工编程手工编程指主要由人工来完成数控编程中各个阶段的工作。一般对几何形状不太复杂的零件，所需的加工程序不长，计算比较简单，用手工编程比较合适。手工编程的特点：耗费时间较长，容易出现错误，无法胜任复杂形状零件的编程。据国外资料统计，当采用手工编程时，一段程序的编写时间与其在机床上运行加工的实际时间之比，平均约为30：1，而数控机床不能开动的原因中有20%30%是由于加工程序编制困难，编程时间较长。（2）计算机自动编程自动编程是指在编程过程中，除了分析零件图样和制定工艺方案由人工进行外，其余工作均由计算机辅助完成。采用计算机自动编程时，数学处理、编写程序、检验程序等工作是由计算机自动完成的，由于计算机可自动绘制出刀具中心运动轨迹，使编程人员可及时检查程序是否正确，需要时可及时修改，以获得正确的程序。又由于计算机自动编程代替程序编制人员完成了繁琐的数值计算，可提高编程效率几十倍乃至上百倍，因此解决了手工编程无法解决的许多复杂零件的编程难题。因而，自动编程的特点就在于编程工作效率高，可解决复杂形状零件的编程难题。根据输入方式的不同，可将自动编程分为图形数控自动编程、语言数控自动编程和语音数控自动编程等。图形数控自动编程是指将零件的图形信息直接输入计算机，通过自动编程软件的处理，得到数控加工程序。目前，图形数控自动编程是使用最为广泛的自动编程方式。语言数控自动编程指将加工零件的几何尺寸、工艺要求、切削参数及辅助信息等用数控语言编写成源程序后，输入到计算机中，再由计算机进一步处理得到零件加工程序。语音数控自动编程是采用语音识别器，将编程人员发出的加工指令声音转变为加工程序。辅助功能字m1.1.3程序格式1、程序段格式程序段是可作为一个单位来处理的、连续的字组，是数控加工程序中的一条语句。一个数控加工程序是若干个程序段组成的。程序段格式是指程序段中的字、字符和数据的安排形式。现在一般使用字地址可变程序段格式，每个字长不固定，各个程序段中的长度和功能字的个数都是可变的。地址可变程序段格式中，在上一程序段中写明的、本程序段里又不变化的那些字仍然有效，可以不再重写。这种功能字称之为续效字。 程序段格式举例：n30 g01 x88.1 y30.2 f500 s3000 t02 m08n40 x90（本程序段省略了续效字“g01，y30.2，f500，s3000，t02，m08”，但它们的功能仍然有效）在程序段中，必须明确组成程序段的各要素：移动目标：终点坐标值x、y、z；沿怎样的轨迹移动：准备功能字g；进给速度：进给功能字f；切削速度：主轴转速功能字s；使用刀具：刀具功能字t；机床辅助动作：辅助功能字m。2、加工程序的一般格式（1）程序开始符、结束符程序开始符、结束符是同一个字符，iso代码中是%，eia代码中是ep，书写时要单列一段。（2）程序名程序名有两种形式：一种是英文字母o和14位正整数组成；另一种是由英文字母开头，字母数字混合组成的。一般要求单列一段。（3）程序主体程序主体是由若干个程序段组成的。每个程序段一般占一行。（4）程序结束指令程序结束指令可以用m02或m30。一般要求单列一段。 数控机床的坐标系在数控编程时，为了描述机床的运动，简化程序编制的方法及保证纪录数据的互换性，数控机床的坐标系和运动方向均已标准化，iso和我国都拟定了命名的标准。能够掌握机床坐标系、编程坐标系、加工坐标系的概念，具备实际动手设置机床加工坐标系的能力。考虑工件毛坯装夹的实际位置。对于加工人员来说，则应在装夹工件、调试程序时，将编程原点转换为加工原点，并确定加工原点的位置，在数控系统中给予设定（即给出原点设定值），设定加工坐标系后就可根据刀具当前位置，确定刀具起始点的坐标值。在加工时，工件各尺寸的坐标值都是相对于加工原点而言的,这样数控机床才能按照准确的加工坐标系位置开始加工。数控加工工艺设计数控机床的加工工艺与通用机床的加工工艺有许多相同之处，但在数控机床上加工零件比通用机床加工零件的工艺规程要复杂得多。在数控加工前，要将机床的运动过程、零件的工艺